特開 2024-163464 レインエロージョン評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163464

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】レインエロージョン評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20241115BHJP

   B05B 3/14 20060101ALI20241115BHJP

   B05B 1/34 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

B05B3/14

B05B1/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079076

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】502391600

【氏名又は名称】株式会社テクノコア

(74)【代理人】

【識別番号】100166589

【弁理士】

【氏名又は名称】植村 貴昭

(72)【発明者】

【氏名】替場 信一

【テーマコード（参考）】

2G050

4F033

【Ｆターム（参考）】

2G050AA01

2G050AA02

2G050BA03

2G050CA03

2G050DA01

2G050EA04

2G050EA05

2G050EB10

2G050EC10

4F033AA09

4F033BA04

4F033CA07

4F033DA01

4F033EA01

4F033FA03

4F033KA00

4F033NA01

4F033PA04

4F033PA18

4F033PB02

4F033PB15

4F033PB32

4F033PC01

4F033PD01

(57)【要約】

【課題】より少ない数のノズルでより効率的に、より現実の降雨に近い降雨状態を再現することができるレインエロージョン評価装置を提供する。
【解決手段】レインエロージョン評価装置１は、筒状の可撓性の一定の長さ管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）を持ち、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成する、疑似降雨状態生成部（ノズル１１、送水管１２の中間部及び先端側）と、前記疑似降雨状態生成部を収納するチャンバ（減圧チャンバ８）と、前記チャンバ内で、評価対象を回転させる回転部（モータ２、カップリング３、軸受４、回転シャフト５、供試体保持具６）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の可撓性の一定の長さ管路を持ち、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成する、疑似降雨状態生成部と、
前記疑似降雨状態生成部を収納するチャンバと、
前記チャンバ内で、評価対象を回転させる回転部と、
を備えることを特徴とするレインエロージョン評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工降雨を用いて材料が雨滴と衝突する状態を模擬するレインエロージョン評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人工降雨を用いて材料が雨滴と衝突する状態を模擬するレインエロージョン評価装置が実用化されている。このようなレインエロージョン評価装置に用いられる技術の一例として、特許文献１には、人工降雨用ノズルおよび人工降雨用装置の技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５―９７４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

人工降雨用ノズルおよび人工降雨用装置はより少ない数のノズルでより効率的により現実の降雨に近い降雨状態を再現することが課題である。

【0005】

本発明は、より少ない数のノズルでより効率的に、より現実の降雨に近い降雨状態を再現することができるレインエロージョン評価装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のレインエロージョン評価装置は、筒状の可撓性の一定の長さ管路を持ち、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成する、疑似降雨状態生成部と、前記疑似降雨状態生成部を収納するチャンバと、前記チャンバ内で、評価対象を回転させる回転部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によって、より少ない数のノズルでより効率的に、より現実の降雨に近い降雨状態を再現することができるレインエロージョン評価装置を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置を示す外観図である。

【図2】本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置に用いられるモータ及び減圧チャンバの詳細図である。

【図3】本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置に用いられる疑似降雨状態生成部を示す説明図である。

【図4】本発明の実施形態の変形例に係るレインエロージョン評価装置に用いられる疑似降雨状態生成部を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置を示す外観図である。
図２は、本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置に用いられるモータ及び減圧チャンバの詳細図である。
図３は、本発明の実施形態に係るレインエロージョン評価装置に用いられる疑似降雨状態生成部を示す説明図であり、図３（ａ）は、ノズルの側面図、図３（ｂ）は、ノズルの先端部を拡大した状態の斜視図、図３（ｃ）は、ノズルの動作を示す正面斜め上側のから見た図である。

【0010】

＜レインエロージョン評価装置の構成＞
図１において、レインエロージョン評価装置１は、モータ２と、カップリング３と、軸受４と、回転シャフト（軸）５と、供試体保持具（回転アーム）６と、減圧チャンバ８と、減圧ポンプ９と、ノズル１１と、送水管１２と、水ポンプ１３と、水タンク１４と、制御盤１５とを備える。

【0011】

減圧チャンバ８は、回転シャフト５の中間部及び下端側と、供試体保持具６と、供試体７と、ノズル１１と、送水管１２の中間部及び先端側とを収納する。

【0012】

図１及び図２において、減圧チャンバ８の上壁８ａの上面には、固定金具１６を介してモータ２が取り付けられている。また、減圧チャンバ８の上壁８ａには、軸受４を介して回転シャフト５が回転可能な状態で取り付けられている。

【0013】

図１において、回転シャフト５の上端側は、カップリング３を介してモータ２の回転軸１７に接続されている。

【0014】

回転シャフト５の下端には、供試体保持具６の中心部が固定されている。供試体保持具６の一方の先端側の下面には、レインエロージョン試験用の供試体７が着脱可能な状態で固定されている。

【0015】

減圧ポンプ９は、制御盤１５に制御され、減圧チャンバ８内から空気を吸い出して、減圧チャンバ８内の気体（空気）の圧力を下げる。この場合、減圧ポンプ９は、減圧チャンバ８内の気体（空気）の圧力を、周囲の大気圧より少し低い状態から略真空状態まで減圧調整可能である。

【0016】

水ポンプ１３は、制御盤１５に制御され、水タンク１４内から水を吸い出して、送水管１２の他端側に一定の圧力で送水する。これにより、送水管１２には、一定の圧力で水が供給される。

【0017】

送水管１２の中間部及び先端側は、減圧チャンバ８の内部の底面に配設されている。送水管１２の先端側には、ノズル１１が先端側を上に向けて取り付けられている。

【0018】

水ポンプ１３から送水管１２に送水され水は、ノズル１１の先端から水滴Ｗとして排出されて、疑似降雨１０として利用される。

【0019】

ノズル１１は、図３に示すように、先端側の水滴放出用のフレキシブルチュ－ブ部２１と、中央部が幅広に形成されたノズル本体部２２と、後端部が外部から散水用の水を取り込む管接続部２３とを備えて構成されている。フレキシブルチュ－ブ部２１は、円筒状の可撓性の一定の長さ管路となっている。フレキシブルチュ－ブ部２１の先端は、図３（ｂ）に示すように、斜めにカットされている。

【0020】

フレキシブルチュ－ブ部２１の管路の内径は、好適には、０．１～８．０ｍｍ（自然降雨の最大値を参考）である。

【0021】

フレキシブルチュ－ブ部２１の管路の内径は、より好適には、０．５～２．０ｍｍである。

【0022】

＜レインエロージョン評価装置の使用方法＞
レインエロージョン評価装置１は、モータ２を駆動し回転シャフト５を回転させると、回転シャフト５に取り付けられた供試体保持具６が回転する。

【0023】

これにより、供試体保持具６の先端側下面に固定保持された供試体７は、モータ２の回転速度×供試体保持具６の長さの周速（例えばマッハ１程度）で回転移動する。この時、供試体保持具６の先端が円を描いて移動する領域の下方に配置されたノズル１１から放出された水滴が供試体７と上記の周速で衝突するようになっている。周速を超音速にすると供試体保持具６の空気抵抗が非常に大きくなり支障をきたすので、空気抵抗が空気の密度に比例することを用い減圧ポンプ９で減圧チャンバ８内の大気の圧力を下げ、空気抵抗を小さくし、モータ２に必要な駆動力を下げるようになっている。

【0024】

ノズル１１は、フレキシブルチュ－ブ部２１が斜めにカットされている。これにより、ノズル１１は、送水管１２（図１参照）を介してノズル１１に送り込まれる（降雨用）水が、フレキシブルチュ－ブ部２１から外部に向けて放散される際に、先端部側のフレキシブルチュ－ブ部２１のぶれ（振動、揺動）を、有効に制御することとなる。

【0025】

このぶれの制御により、フレキシブルチュ－ブ部２１では、放水動作時には、放水の反動で生じる回転動作が、円滑に実行されることとなる。

【0026】

つまり、図３（ｃ）において、フレキシブルチュ－ブ部２１の先端は回転を起こすことになる。

【0027】

具体的には、放水に際し、ノズル１１は、先端が回転を起こすことから、散水される水滴群もファネル状に広がり、前後左右にランダムな降雨をもたらす。

【0028】

換言すると、ノズル１１の回転によって、安定した状態で、前後左右にランダムな疑似降雨１０（図１参照）が連続的に実行され維持される。

【0029】

＜実施形態の構成及び効果＞
このような実施形態の構成及び効果を纏めて説明すると、レインエロージョン評価装置１は、筒状の可撓性の一定の長さ管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）を持ち、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成する、疑似降雨状態生成部（ノズル１１、送水管１２の中間部及び先端側）と、前記疑似降雨状態生成部を収納するチャンバ（減圧チャンバ８）と、前記チャンバ内で、評価対象を回転させる回転部（モータ２、カップリング３、軸受４、回転シャフト５、供試体保持具６）とを備える。

【0030】

また、レインエロージョン評価装置１は、円筒状の可撓性の一定の長さ管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）を持ち、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成する、疑似降雨状態生成部（ノズル１１、送水管１２の中間部及び先端側）と、周囲の大気圧より減圧された状態で前記疑似降雨状態生成部を収納する減圧チャンバ８と、前記減圧チャンバ８内で、評価対象（供試体７）の速度が、大気中で移動する移動体の速度、または当該移動体の速度に近似した速度（例えばマッハ１程度）となるように、当該評価対象を回転させる回転部（モータ２、カップリング３、軸受４、回転シャフト５、供試体保持具６）とを備える。

【0031】

好適には、前記管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）は、先端が斜めに切断されている。
好適には、前記管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）の内径は、０．１～８．０ｍｍ（自然降雨の最大値を参考）である。
より好適には、前記管路（フレキシブルチュ－ブ部２１）の内径は、０．５～２．０ｍｍである。

【0032】

このような構成を有することから、本実施形態のレインエロージョン評価装置１は、ノズル１１の回転によって、安定した状態で、前後左右にランダムな人工降雨が連続的に実行され維持されるので、より少ない数のノズルでより効率的に、より現実の降雨に近い降雨状態を再現することができる。

【0033】

＜実施形態の変形例＞
図４は、本発明の実施形態の変形例に係るレインエロージョン評価装置に用いられる疑似降雨状態生成部を示す説明図であり、図４（ａ）は、ノズルの側面図、図４（ｂ）は、ノズルの先端部を拡大した状態の斜視図、図４（ｃ）は、ノズルの動作を示す正面図である。

【0034】

本変形例は、図１に示したレインエロージョン評価装置１において、図３に示すノズル１１の代わりに、図４に示すノズル３１を用いたものである。

【0035】

図４（ａ）に示すように、ノズル３１は、先端部側が水滴放出用のフレキシブルチュ－ブ部４１と、中央部が幅広に形成されたノズル本体部４２と、後端部が外部から散水用の水を取り込む管接続部４３とを備えて構成されている。フレキシブルチュ－ブ部４１の先端は、図４（ｂ）に示すように、管軸に対して垂直にカットされている。

【0036】

フレキシブルチュ－ブ部４１の管路の内径は、好適には、０．１～８．０ｍｍ（自然降雨の最大値を参考）である。
フレキシブルチュ－ブ部４１の管路の内径は、より好適には、０．５～２．０ｍｍである。

【0037】

そして、送水管１２（図１参照）を介してノズル３１に送り込まれる（降雨用）水が、フレキシブルチュ－ブ部４１から外部に向けて放散される際に、ノズル３１は、中央部が幅広に形成されているので、先端部側のフレキシブルチュ－ブ部４１の横ぶれ（振動、揺動）を、有効に抑制することとなる。

【0038】

この横ぶれの抑制により、フレキシブルチュ－ブ部４１では、放水動作時に、放水の反動で生じる一方向への往復屈曲動作（自励振動・揺動）が、円滑に実行されることとなり、横ぶれすることがないので、その動作の安定が確保された状態となっている。

【0039】

つまり、図４（ｃ）において左右の方向（左右方向と同一方向）に優先的に振動（揺動）を起こすことになる。

【0040】

具体的には、放水に際し、ノズル３１は、厚みが薄い面（先端部）で屈曲動作するため扇状に振動することから、散水される水滴群も扇状に広がり、略直線状に降雨をもたらす。

【0041】

換言すると、ノズル３１の自励振動（フレキシブルチュ－ブ部４１の一方向への往復屈曲動作）によって、安定した状態で、人工降雨が連続的に実行され維持される。

【0042】

＜実施形態の変形例の効果＞
図４に示した本実施形態の変形例のレインエロージョン評価装置は、ノズル３１の扇状に振動によって、安定した状態で、左右にランダムな人工降雨が連続的に実行され維持されるので、より少ない数のノズルでより効率的に、より現実の降雨に近い降雨状態を再現することができる。

【0043】

尚、図１乃至図４に示した本発明の実施形態及び変形例では、評価対象の速度がマッハ１程度になるように制御したが、評価対象の速度は、マッハ１に限らず、例えばヘリコプターの最高速度の時速３００ｋｍ、レシプロエンジンの固定翼機の時速６００ｋｍ等、大気中で移動する各種移動体の速度、または当該移動体の速度に近似した速度となるように制御してもよい。移動体としては、エアモビリティと呼ばれる電動・垂直離着陸が可能な小型の移動体（空飛ぶクルマ）などによる身近で手軽な空の移動手段、ジェットエンジンの固定翼機、ターボプロップエンジンの固定翼機、レシプロエンジンの固定翼機、ヘリコプター、ドローン、ロケット、ミサイル、気球、飛行船等、各種適用可能である。さらに、評価対象として、移動体に限らず、風力発電装置の部材等を用いてもよい。

【0044】

また、図１乃至図４に示した本発明の実施形態及び変形例における評価対象の速度は、移動体の速度に影響されず、自由に設定することも可能である。従って、評価対象を回転させる回転部（モータ２）の回転速度も、自由に設定することが可能である。

【0045】

さらに、図１乃至図４に示した本発明の実施形態及び変形例では、前記疑似降雨状態生成部（ノズル１１、ノズル３１、送水管１２の中間部及び先端側）等を収納するチャンバとして、内圧が周囲の大気圧より減圧されるものを用いるが、チャンバとしては、内圧が大気圧と同じになるものを用いてもよく、さらに、内圧が大気圧より加圧されるものを用いてもよい。
さらに、空気以外の特定の気体を注入したチャンバを用いてもよい。

【0046】

図３に示した実施形態のノズル１１の形状、及び図４に示した変形例のノズル３１の形状は、例えば管路の断面形状を四角形状にする等、変更可能であり、自身が振動することにより、疑似降雨の雨粒を生成するものであれば、各種適用可能である。

【0047】

本発明の、構造、システム、材質、各部材の連結等は、本発明の要旨を変更しない範囲で、様々に変更可能である。

【0048】

例えば、２つ以上の部材を１つにすることも可能であるし、逆に、１つの部材を２つ以上の別の部材から構成して接続することも可能である。

【0049】

疑似降雨生成部（例えば、ノズル１１）は、振動する筒状の管路の直径を変化させることにより、雨粒粒径を変化させることも可能である。
本実施形態のように、ノズル１１は容易にノズル１１自体を取り換える（取り外して、適切な異なるノズル１１を取り付ける）ことが可能に形成されている。
具体的には、本実施形態のノズル１１は、単に差し込んでいるだけで、摩擦力だけで固定されるように形成（ノズル１１はゴムにより形成して差込口よりもわずかに大きな径を持っている）することができる。
このような構成を有することから、容易にノズル１１を交換（適切な別のノズル１１に交換）することが可能である。
なお、ノズル１１の管路の直径を変更することなどにより、０．１ｍｍから１０ｍｍに制御することができる。

【0050】

さらに、評価対象を回転させる回転部（例えば、モータ２、カップリング３、軸受４、回転シャフト５、供試体保持具６）は、回転数を変化させることにより、雨粒の衝突速度を制御することができる。
例えば、衝突速度を、５ｍ／ｓｅｃから８００ｍ／ｓｅｃとすることも可能である。

【0051】

評価対象を回転させる回転部（例えば、モータ２、カップリング３、軸受４、回転シャフト５、供試体保持具６）は、評価対象と雨粒の衝突する角度を制御するために所定の角度（±９０°程度）回転可能に形成することができる。
具体的には、図１の供試体保持具に、角度を変更できるアタッチメントなどを取り付けることにより実現することが可能である。

【0052】

チャンバ部（減圧チャンバ８）は、内部の圧力を変更することができる。
具体的には、＋１ＭＰａから ー１ＭＰａに制御することができてよい。

【0053】

チャンバ部（減圧チャンバ８）には、送風機と風洞を取付け、気流（風速）を制御できてもよい。
具体的な例としては、風洞の風の速度は、１ｍ／ｓｅｃ～１００ｍ／ｓｅｃに制御できてもよい。

【0054】

チャンバ部（減圧チャンバ８）は、内部の温度を変更することができる。
具体的には、８５℃からー５５℃に制御することができてよい。

【0055】

また、上記実施形態及び変形例は、あくまでも、現在のところの最良の形態またはそれに近い形態の１つにすぎない。

【0056】

＜定義等＞
本発明における評価対象は、航空機や風力発電機など、風雨にさらされる構造物に使用される部材であればどのようなものであってもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ ：レインエロージョン評価装置
２ ：モータ
３ ：カップリング
４ ：軸受
５ ：回転シャフト（軸）
６ ：供試体保持具（回転アーム）
７ ：供試体
８ ：減圧チャンバ
８ａ ：上壁
９ ：減圧ポンプ
１０ ：疑似降雨
１１ ：ノズル（疑似降雨状態生成部）
１２ ：送水管（疑似降雨状態生成部）
１３ ：水ポンプ
１４ ：水タンク
１５ ：制御盤
１６ ：固定金具
１７ ：回転軸
２１ ：フレキシブルチュ－ブ部
２２ ：ノズル本体部
２３ ：管接続部
３１ ：ノズル
４１ ：フレキシブルチュ－ブ部
４２ ：ノズル本体部
４３ ：管接続部
Ｗ ：水滴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】